数值天气预报实习报告(同名23603)

1、数值天气预报实习报告课程名称：数值天气预报姓 名：班 级：学 号：正圧原始方程实习报告1. 实习目的与要求通过正压原始方程模式的实习，加深理解该章所学的根本内容；掌握当今制 作数值天气预报的一般方法和主要步骤；并在数值计算、编制程序和上机操作等 方面得到进一步训练。以1973年4月29日08时北京时我国东北、华北地 区500hPa等压面位势高度场及地转风场作为初值，采用固定的水平侧边界条件， 应用正压原始方程二次守恒平流格式的模式，制作未来24小时有限区域500hPa 位势高度场和风场的预报，并写一份实习报告。2. 模式的主要计算框图：蜡崔有矣重我什挥料ft*卜A-U* IFA.FA) * F

2、B "冋FA屮吏童枳分半出对吒曲鼻竽.中更望杞分涉hA，、l对FU时阿甲情停机NB«N2对IT内点平滑故组件還FA代A.Ffti*FC砧曲从1FC > FBnt -> i a FC > FB6=37NB=S6 >詁和能、.根本假定:根本方程:uuuufvuvW-txypvvvvfuu -v -wtxyp0 x0 yu v u v t x y x y地转风公式：0Ui,j Ui,jt 0,oVi,jVi,j0mi,jg Zi,j1 i ,jmi,jgy0Zi, ji, j技术方法：1. 为了减小模式中重力惯性外波的波速，增加差分格式的计算稳定性，把连续

3、方程中水平散度项的系数z改为z- z o，并取250dagpm2. 时间积分方案选择：先采用欧拉-后差格式数值积分1小时，然后采用三步 法起步的时间中央差格式数值积分11小时。3. 边界采用9点空间平滑，积分12h后采用5点平滑对个要素场进行内点空 间滤波。五点平滑公式为：S时巳严"j “ 4"4. 为了阻尼高频振荡、抑制计算解的增长，在积分6小时之后的两个连续时间层应用时间平滑公式对个要素进行时间平滑。5. 应用二次平流守恒格式的正压原始方程模式。3. 实习任务：1编写两个子程序：五点平滑子程序，地转风初值子程序2子程序编写完成并保证正确的前提下，做 4个数值试验: 只做

4、正平滑和做正逆平滑的比照试验； 地转风子程序中不同差分格式的数值试验； 是否做边界平滑的数值试验； 是否做时间平滑的数值试验。在原始方程模式中既包含有缓慢移动的大气长波，又有快速移动的重力惯 性波。因此，这种模式不但可以模拟准地转演变过程， 而且还可以模拟地转适应 过程。虽然此模式比准地转模式能更好的描述实际大气中的物理过程，但是在这种模式的数值积分中也出现了一些新的待解决的问题。 原始方程模式中包含有快波解，为保证计算稳定，时间步长必须取得很短， 这就大大增加了计算工作量。因此，选取既能保证计算稳定、又能节省电脑时的 时间积分方案，便成为一个很重要的问题。 由于原始方程模式中时间步长必须取得

5、很短，所以非线性计算不稳定的问题就显得尤为突出。 因此，构造性能良好的空间差分格式也就成为一个很重要的 问题。 原始方程模式要求给出多个初始条件。除了要给出初始气压场位势高度 场外，还必须给出初始风场等资料，如果初始风压场不协调，那么在积分过程中 就会产生虚假的重力惯性波。 这种虚假的重力惯性波会迅速增长， 把天气尺度的 波动掩盖掉，使预报遭到破坏。因此，资料的初始化也是一个相当重要的问题。 原始方程模式对边界条件也尤为敏感， 要求给出适当的边界条件也很重要。4. 程序如下1地转风： subroutine cgw(ua,va,za,rm,f,d,m,n) dimensionua(m,n),va

6、(m,n),za(m,n),rm(m,n),f(m,n) do i=2,m-1 do j=2,n-1ua(i,j)=(-1)*rm(i,j)*9.8*(za(i,j+1)-za(i,j-1)/2/d/f(i,j) va(i,j)=rm(i,j)*9.8*(za(i+1,j)-za(i-1,j)/2/d/f(i,j) enddo enddoreturnend25 点平滑： subroutine ssip(a,w,s,m,n,k,l) dimension a(m,n),w(m,n) if(l=1)then do i=2,m-1 do j=2,n-1enddoenddodo i=2,m-1do j=

7、2,n-1 a(i,j)=w(i,j) enddo enddo returnelsedo i=2,m-1do j=2,n-1 enddoen ddodo i=2,m-1do j=2, n-1 a(i,j)=w(i,j) en ddo en ddodo i=2,m-1do j=2, n-1en ddoen ddo do i=2,m-1do j=2, n-1 a(i,j)=w(i,j) en ddo en ddo en dif return end五、试验结果图形及其分析图1初始场2、只做正平滑和做正逆平滑的比照试验:3、地转风子程序中不同差分格式的数值试验:图5初始场：后差地转风子程序图6初始场

8、：前插地转风子程序图8预报场：后插地转风子程序结果分析：由图一和图二，图三和图四，我们可以清楚的看到：4月29日08时在鄂霍次克海的西岸，有一个大的低压中心，其中心强度到达5250,在贝加尔湖附近有一条大的低压槽；4月30日08时，在预报场上，鄂霍次克海西岸的低压向 东移动，至V达鄂霍次克海的上空，中心强度到达 5200，比29日加强，贝加尔湖 的低压槽向南，向东移动。可能造成一次冷空气的南下过程。我们拿30日的预报场与30日的实况场书本上做一下比照，可以看到 预报场的低压中心偏北大概偏 5个纬距左右，有较大的偏差，模拟效果很不好； 但是，贝加尔湖附近的低压槽预报场与实况场非常的近似，故而模拟效果较好。 而我们需要做对中国的预报，影响系统主要是贝加尔湖地区的低压槽影响，所以对整个预报来说，还是有很好的参考价值的。通过此次实习加强了对 Fotran语言编程和GrADS绘图的熟悉以及使用，是 以后的工作生活中能够更加熟练的使用它们，同时也加强了对正压原是方程的了 解，以及五点平滑， 与地转风的计算， 加深了对数值天气预报这门课的了解与掌 握。此次接触到的正压原始方程模式，算是个比拟简单的模式，由于在 500hPa 高度上，大气是正压的， 准地转，准静力平衡的，